論文の概要: High-performance cellular automaton decoders for quantum repetition and toric code

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2604.21866v1
• Date: Thu, 23 Apr 2026 17:01:26 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-04-24 14:40:06.775968
• Title: High-performance cellular automaton decoders for quantum repetition and toric code
• Title（参考訳）: 量子反復およびトーリック符号のための高性能セルオートマトンデコーダ
• Authors: Don Winter, Thiago L. M. Guedes, Markus Müller,
• Abstract要約: 量子反復およびトーリック符号のための新しい非階層型セルオートマトンデコーダであるSCALAを提案する。 以上の結果から,SCALAはコード容量の閾値を約$p_capprox 7.5%$で達成し,トーリックコード上で約$p_Lpropto pd/4$の強力なサブスレッショルドスケーリングを提供することがわかった。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.9744114320491685
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Execution of quantum algorithms on large-scale quantum computers will require extremely low logical error rates, which necessitates the development of scalable decoding architectures. Local decoders are promising candidates for this task, as they avoid the communication and data processing bottlenecks inherent in global decoding strategies. Cellular automaton (CA) decoders represent a distinct class of local decoders, offering a path toward the low-latency, real-time decoding required for practical applications. In this work, we present SCALA (Signaling CA with Local Attraction), a novel non-hierarchical cellular automaton decoder for quantum repetition and toric codes. By evaluating SCALA alongside the hierarchical CA decoder proposed by Harrington, we provide a direct comparison between non-hierarchical and renormalization-group-style local decoding strategies. We characterize SCALA across three key metrics: Performance, scalability, and robustness. Our results show that SCALA achieves a code-capacity threshold of approximately $p_c\approx 7.5\%$ and provides strong sub-threshold scaling of about $p_L\propto p^{d/4}$ on the toric code. In terms of scalability, our non-hierarchical design ensures that the local computational resources remain independent of system size, yielding a modular local architecture suitable for hardware implementation. Finally, SCALA demonstrates strong robustness to qubit measurement errors and noise within the decoder itself, a critical advantage for real-time decoding on noisy hardware. Our results establish SCALA as a high-performance, scalable, and robust local decoder for scalable quantum error correction.
• Abstract（参考訳）: 大規模量子コンピュータ上での量子アルゴリズムの実行は、非常に低い論理的誤り率を必要とするため、スケーラブルな復号化アーキテクチャの開発が必要である。 ローカルデコーダは、グローバルデコーダ戦略に固有の通信やデータ処理のボトルネックを避けるため、このタスクに対して有望な候補である。 セルオートマトン(CA)デコーダはローカルデコーダの異なるクラスを表し、実用的なアプリケーションに必要な低レイテンシでリアルタイムなデコーダへの道を提供する。 本研究では、量子反復およびトーリック符号のための新しい非階層型セルオートマトンデコーダであるSCALA(Signaling CA with Local Attraction)を提案する。 ハリントンが提案した階層型CAデコーダとともにSCALAを評価することにより、非階層型と再正規化型局所デコーダの直接比較を行う。 SCALAはパフォーマンス、スケーラビリティ、堅牢性の3つの主要な指標で特徴付けています。 以上の結果から,SCALAはコード容量閾値を約$p_c\approx 7.5\%$で達成し,トーリックコード上で約$p_L\propto p^{d/4}$の強力なサブスレッショルドスケーリングを提供することがわかった。 スケーラビリティの面では、我々の非階層的設計は、ローカルな計算資源がシステムサイズに依存しないことを保証し、ハードウェア実装に適したモジュラーなローカルアーキテクチャを提供する。 最後に、SCALAは、デコーダ自体のキュービット計測エラーやノイズに対して強い堅牢性を示し、ノイズの多いハードウェア上でリアルタイムデコーディングを行う上で重要な利点である。 この結果から、SCALAはスケーラブルな量子誤り訂正のための高性能でスケーラブルでロバストなローカルデコーダとして確立された。

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